An Analysis of Different Biopotential Electrodes Used for Electromyography

Abstract

Вимірювання електроміографічних (ЕМГ) сигналів від людського тіла за допомогою електродів стає складною задачею завдяки використаним матеріалам, шуму, температурному коефіцієнту, болю та іншим зовнішнім порушенням при вимірюванні електроміографа для людського тіла. У роботі представлений аналіз різних біопотенційних електродів для ЕМГ вимірювань. Він здійснюється шляхом аналізу різних матеріалів, що використовуються для виготовлення електродів, шуму, який генерується, питомого опору матеріалу, а також інвазивного (викликає біль під час вимірювання) та неінвазивного (не викликає жодного болю під час вимірювання) електродів. Відомі різні типи електродів, що використовуються для ЕМГ вимірювань, серед яких голчастий електрод більше використовується для клінічних вимірів. Але цей електрод дає велике співвідношення сигнал/шум (SNR) приблизно 120 дБ і викликає деякий біль через голчасті електроди, які будуть вставлені в шкіру людського тіла (інвазивний електрод) під час вимірювань. Так, поверхневий електрод, розміщений над епідермісом (зовнішнім шаром шкіри) людського тіла, проаналізований для вимірювання ЕМГ сигналів з конкретного положення дефекту (аналіз ходи, нейропатичні та міопатичні розлади) в організмі людини, який дає SNR приблизно 75 дБ і температурний коефіцієнт 0,0038 K – 1. Ці електроди виготовлені з срібла (Ag)/хлориду срібла (AgCl), який є неінвазивним електродом. Таким чином, цей тип поверхневих електродів (також одноразові поверхневі електроди) буде простішим та значно легшим для вимірювань, з низькою вартістю, а також дасть більш точні результати вимірювань ЕМГ від людського тіла без болю під час вимірювань.

Measuring electromyographic signals from human body using electrodes is becoming a challenging task nowadays due to its materials used, noise, temperature coefficient, pain and other external disturbances while measuring the electromyograph for the human body. This paper deals with the analysis of different biopotential electrodes for measuring electromyography (EMG). This is carried out by analysis of various materials used for manufacturing the electrodes, the noise which is generated, resistivity of the material and also invasive (generates pain while measuring) and non-invasive (does not generate any pain while measuring) electrodes. There are different types of electrodes used for electromyographic measurement, among which needle electrode is used more in clinical measurements. But this electrode produces much signal to noise ratio (SNR) of about 120 dB and produces some pain due to needle electrodes which will be inserted into the skin of human body (invasive) during measurements. So, the surface electrode is placed over the epidermis (outer layer of the skin) of human body, has been analyzed for measuring the electromyographic signals from the particular position of defect (gait analysis, neuropathic and myopathic disorders) in human body, which produces SNR of about 75 dB and temperature coefficient of 0.0038 K – 1. These electrodes are made of silver (Ag)/silver chloride (AgCl) which is non-invasive electrode. So, this type of surface electrodes (also disposable surface electrodes) will be simpler and much easier to measure with low cost and also gives more accurate results of EMG measurements from human body without pain during measurements.